Scale Dependency of Levelized Cost of Hydrogen Storage

Abstract

Tämä opinnäytetyö toteutettiin Wärtsilä Finland Oy:n toimeksiannosta. Molekyylisen vedyn paikallinen varastointi on harvinaista. Saatavilla on kuitenkin useita teknisiä ratkaisuja, joiden kustannukset vaihtelevat suuresti kokoluokasta ja käyttökohteesta riippuen. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, kuinka varaston kapasiteetti, sekä purku- ja latauskapasteettien koko vaikuttaa kustannustehokkaimpaan varastoratkaisuun, sekä varastoinnin elinkaarikustannuksiin vetykiloa kohden. Tutkimuksessa selvitetään myös, kuinka varaston käyttötapa vaikuttaa varastoinnin energiankulutukseen, varastointikustannuksiin, ja kustannustehokkaimman varastoteknologian valintaan. Tutkimus on kaksivaiheinen. Kirjallisuuskatsauksessa selvitetään vedyn varastointiin vaikuttavat ominaisuudet, varastointimenetelmät, niiden energiankulutus, sekä kustannukset. Tieteelliset artikkelit, sekä alan yritysten julkaisut antavat riittävän tietopohjan tutkimuksen toiseen vaiheeseen. Toinen vaihe käsittää varastointimenetelmien vertailutyökalun kehittämisen, sekä tutkimuskysymyksiin vastaamisen työkalun antamien tulosten pohjalta. Vedyn varastointi on kehittyvä ala, ja toteutuneita projekteja on vähän. Tulosten validointi on siksi haasteellista. Epävarmankin tiedon pohjalta suuret trendit ovat havaittavissa. Pienimmissä järjestelmissä paineistettuna varastointi on todennäköisesti selvästi edullisin ratkaisu. Suurissa kokoluokissa varaston käyttötiheys, purku- ja latausnopeudet, sekä komponenttien todelliset hinnat vaikuttavat edullisimpaan vaihtoehtoon huomattavasti herkemmin. Jokaiselle tarkastelluista varastoteknologioista on reunaehdot, joilla teknologia on edullisin vaihtoehto.

This thesis was commissioned by Wärtsilä Finland Oy. Stationary storage of physical hydrogen is not commonplace. Costs of the many available technologies vary greatly depending on scale and application. The purpose of this research is to find out how storage size and input and output capacities affect the most cost-effective storage solution and levelized cost of hydrogen. The effect of storage usage pattern on energy consumption and choice of technology is also explored. The research consists of two parts. Properties of hydrogen relevant to storage, storage methods and related energy consumptions and costs are covered by a literature review. Scientific articles and publications by businesses in the industry give a sufficient factual basis for the second phase of the research. The second phase includes developing a tool for comparison of storage technologies and answering the research questions based on results obtained from the tool. The results from a calculation tool are only as good as the starting values given to it. This must be considered when viewing the results of this thesis. Hydrogen storage is a developing industry, and finished projects are scarce. For this reason, validating the results is challenging. Despite the numerous uncertain parameters, general trends are clear. In small installations pressurized storage is likely most cost effective by a fair margin. In large capacities the usage pattern, loading and unloading capacities and the final cost of components determine which storage type provides the lowest cost of hydrogen storage. Each type of storage in this comparison has a set of conditions under which it is the lowest cost solution.